負載型粒子電極在難降解廢水中的研究進展

江中央

（中國天楹股份有限公司 上海 201210）

引言

高濃度難降解有機工業廢水一直是我國環境環保處理的重要難題之一，該水有機污染物因其化學性質穩定、毒性強且不能利用常規的物理法、化學法和生物法進行處理，這對我國寶貴的水資源造成了極大的威脅。而電化學技術處理廢水，不僅有機物降解好、且設備結構簡單、使用方便，無需添加化學藥品，越來越受到研究者的青睞，已成為成為處理有機廢水的重要方法之一。近年來對粒子電極的研究日益增多，而負載型粒子電極催化劑的研發應用備受研究者的青睞。本文主要對粒子電極在廢水處理中的的研究進展進行綜述。

1 負載型粒子電極在難降解廢水中的研究進展

1.1 碳基載體粒子電極

在粒子電極催化氧化領域中，由于活性炭(AC)價格低廉、產量較大，且具有較大的比表面積，成為研究最廣泛的催化劑載體之一。目前研究較多的是在載體上負載金屬催化劑，如過渡金屬、稀土金屬等，以提升三維粒子電極對廢水的處理效果。Li等將TiO2負載于活性炭粒子上，制備了以BDD為陽極的BDDAC-TiO2三維電極系統，并研究了其去除羅丹明染料的效果，結果表明該系統的COD去除率是BDD二維系統的8.7倍、BDDAC三維系統的1.4倍，表明TiO2負載于活性炭粒子可有效促進有機污染物的降解，是一種優良的電化學催化劑。除活性炭外，人們亦在開發出具有更高機械性能、電子特性與物理化學性能的碳基催化劑載體，如碳納米管、石墨烯等。程勇等以甲基橙廢水為例，采用自制Ni-炭氣凝膠粒子電極對其處理，經循環實驗證實Ni-炭氣凝膠具有較好的去除效果與穩定性，可重復利用。

1.2 金屬氧化物載體粒子電極

金屬氧化物載體催化劑載體主要以活性氧化鋁（即γ-Al2O3）為代表，因其多孔性、高分散度、高比表面積、良好的吸附性和熱穩定性等優良特性而在催化劑載體領域得到廣泛的應用。岳琳等制備了CuO/γ-Al2O3的粒子電極降解垃圾滲濾液，COD、氨氮去除率分別達到87.8%、45.4%，且20次反復使用后仍具有一定催化活性，表明該電極具有良好的穩定性。班福忱等添加 CeO2對CuO/γ-Al2O3進行改性，其對活性艷橙 X-GN的脫色率比未負載的γ-Al2O3電極提高了13.49%。張芳等則將Mn、Sn、Sb等多種金屬負載于γ-Al2O3載體上組成復合催化粒子層處理苯酚廢水，其對苯酚的降解率達到90.8%，比不加粒子電極的二維電解高35.2%。

然而與活性炭相比，活性氧化鋁的比表面積仍處于較低的水平，且其具有兩性的特征，在強酸強堿廢水中不適宜使用，同時活性氧化鋁在高溫燒結過程中會出現龜裂、破碎等現象，并需要增加導電粒子或導電離子等方式解決其導電性極差的問題，因而限制了其在廢水電化學氧化領域的進一步應用，人們亦關注其他類金屬氧化物做催化劑載體。鐵氧體因耐蝕性好、使用壽命長和驅動力而受到關注。王昭陽等利用煉鋼廠產生的廢渣為主要原料，制備出具有一定磁性的表面孔隙結構粒子，其組成的三維粒子系統對模擬印染廢水中羅丹明B具有較好的去除效果。

1.3 石英基載體粒子電極

為解決活性炭在催化氧化過程中因阻抗小，電流直接通過粒子，導致反應電流效率低下的問題，一些研究者選擇高阻抗的多孔載體，石英具有機械強度高、耐酸堿性強、高穩定性等特點，是良好的催化劑載體之一，進行難生物降解有機廢水的處理，取得了較好的研究成果。徐海青等以熱分解法制備了復合金屬氧化物Sn-Sb-Mn/陶瓷粒子電極，考察了該三維粒子電極的析氧特性及電催化性能，該粒子電極系統對苯酚去除率為92.3%，TOC的去除率為66.7%，明顯高于二維電極系統，污染物降解作用顯著。李明則采用以CuO-ZnO/多孔陶瓷粒子電極構建的三維電解系統降解2-氨基吡啶，在適宜的條件下，2-氨基吡啶和COD的去除率可分別達到83.98%與74.44%，研究表明粒子電極可以顯著提高電流效率。

1.4 其他類載體粒子電極

高分子材料，性質穩定、無毒、成膜性較好，成為負載型催化劑載體一個新的研究方向。秦強等以超細石墨粉為導電體，中空聚苯乙烯顆粒為載體，用水溶性環氧樹脂為粘接劑，阻隔劑為超細碳酸鈣，形成顆粒后用親水性硅氧烷偶聯劑對表面水解聚合處理，研制成一種三維粒子電極，該粒子電極能夠分散懸浮于水中，其密度、導電性可通過組分比例調整，電解過程中粒子電極不溶解。牟興瓊等用Cu、Fe、Co、Ni等過渡金屬的硝酸鹽溶液浸漬膨潤土后烘干活化，制得粒子電極，處理玫瑰精B廢水的效果顯著提升，其中硝酸鐵改性的粒子電極對廢水中色度和COD的降解效果最好。

結語

負載型粒子電極催化氧化作為一種新型的高級氧化技術，解決了均相催化劑易流失難分離的問題，在廢水處理中有著良好的應用前景，近年來已然成為研究熱點。目前，負載型粒子電極技術已廣泛應用于處理印染廢水、苯酚廢水、焦化廢水、農藥廢水、醫藥廢水等濃度高、毒性大、生物降解難的有機廢水但仍存在許多問題亟待解決：尋求更加廉價易得性能良好的載體與催化劑；催化劑的表面性能及在廢水中的催化機理研究仍待深入；長期運行可能導致床層粒子電極吸附飽和或失活，研發高效穩定的負載型粒子電極的催化涂層是該技術的發展方向之一。